单片机设计原理与应用（单片机原理及程序设计）

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简介：《单片机程序设计与应用实战》是一个涵盖单片机编程各个方面的资源包，包括端口控制、定时计数、串口通信、中断系统、模数转换、数据存储等关键知识点。通过学习本资源包中的内容，你将掌握单片机硬件控制、数据通信、实时处理等核心技能，为自己的职业生涯打下坚实的基础。拿来就用单片机（程序）.rar
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单片机是一种微型计算机，它将中央处理器、存储器、输入/输出接口等集成在一块芯片上。单片机具有体积小、功耗低、成本低、可靠性高等优点，广泛应用于各种电子设备中。

单片机的基本结构包括中央处理器、存储器、输入/输出接口和时钟电路。中央处理器负责执行指令，存储器用于存储程序和数据，输入/输出接口用于与外部设备进行通信，时钟电路为单片机提供稳定的时钟信号。

2.1.1 P1端口的引脚定义

P1端口是单片机常用的一个端口，它共有8个引脚，分别为P1.0~P1.7。每个引脚都可以作为输入或输出端口使用。P1端口的引脚定义如下：

| 引脚名称 | 功能 | |—|—| | P1.0 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.1 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.2 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.3 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.4 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.5 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.6 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 | | P1.7 | 多功能引脚，可用于输入、输出、中断等功能 |

2.1.2 P1端口的输入输出控制

P1端口的输入输出控制可以通过设置P1端口的控制寄存器（P1CON）来实现。P1CON寄存器是一个8位的寄存器，其中每一位对应P1端口的一个引脚。当某一位为0时，表示对应的引脚为输入模式；当某一位为1时，表示对应的引脚为输出模式。

P1CON寄存器的位定义如下：

通过设置P1CON寄存器，可以控制P1端口的各个引脚的输入输出状态。例如，要将P1.0引脚设置为输入模式，可以将P1CON.0位设置为0；要将P1.2引脚设置为输出模式，可以将P1CON.2位设置为1。

2.2.1 端口控制指令

单片机中有多条用于端口控制的指令，常用的有以下几条：

| 指令 | 功能 | |—|—| | MOV | 将数据从一个寄存器或存储器单元移动到另一个寄存器或存储器单元 | | SETB | 将指定位设置为1 | | CLR | 将指定位设置为0 | | CPL | 将指定位取反 | | PUSH | 将寄存器的内容压入堆栈 | | POP | 将堆栈中的数据弹出到寄存器 |

2.2.2 端口控制程序示例

下面是一个使用端口控制指令控制P1端口的程序示例：

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在这个程序中，首先将P1.0引脚设置为输入模式，然后将P1.2引脚设置为输出模式。接下来，将0x55写入P1端口，最后读取P1端口的值并保存在R0寄存器中。

3.1.1 定时器/计数器的结构和功能

单片机定时计数器是一种专门用于产生定时信号或计数脉冲的硬件模块。其基本结构主要包括以下部分：

计数器： 用于对外部脉冲信号或内部时钟信号进行计数。
控制寄存器： 用于配置计数器的工作模式、时钟源和中断使能等参数。
中断控制逻辑： 当计数器达到预设值时，会触发中断请求信号。

定时计数器的功能主要分为两种：

定时功能： 产生周期性的定时信号，用于产生延时或控制设备的运行节奏。
计数功能： 计数外部脉冲信号或内部时钟信号，用于测量时间间隔或记录事件的发生次数。

3.1.2 定时器/计数器的分类

单片机定时计数器根据其功能和结构特点，可以分为以下几类：

8位定时器/计数器： 具有8位计数器，可产生8位定时信号或计数8位脉冲信号。
16位定时器/计数器： 具有16位计数器，可产生16位定时信号或计数16位脉冲信号。
32位定时器/计数器： 具有32位计数器，可产生32位定时信号或计数32位脉冲信号。
可编程定时器/计数器： 允许用户对定时器/计数器的时钟源、工作模式和中断条件进行编程配置。

3.2.1 定时器/计数器控制指令

单片机定时计数器的编程主要通过控制指令来实现，常用的控制指令包括：

设置定时器/计数器的时钟源： 指定定时器/计数器的时钟来源，如内部时钟或外部时钟。
设置定时器/计数器的计数模式： 选择定时器/计数器的计数模式，如上升沿计数、下降沿计数或双沿计数。
设置定时器/计数器的预设值： 设置定时器/计数器达到中断请求时的预设值。
使能/禁止定时器/计数器的中断： 控制定时器/计数器达到预设值时是否触发中断请求信号。

3.2.2 定时器/计数器编程示例

以下是一个使用8位定时器/计数器产生1ms定时信号的程序示例：

代码逻辑分析：

：将定时器0设置为16位定时器模式，即使用定时器0的高8位和低8位寄存器。
：将定时器0的高8位预设值设置为0xFF，即255。
：将定时器0的低8位预设值设置为0x00，即0。
：启动定时器0，开始计数。
：进入死循环，等待定时器0中断。当定时器0达到预设值时，会触发中断请求信号，从而执行中断服务程序。

4.1.1 串口通信的基本原理

串口通信是一种异步通信方式，即发送方和接收方不需要同步时钟信号，而是通过起始位、数据位、停止位和校验位等信息来实现数据的传输。串口通信的原理如下图所示：

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4.1.2 单片机串口的硬件结构

单片机串口硬件结构主要包括发送器、接收器、波特率发生器和控制寄存器等。发送器负责将数据从单片机发送出去，接收器负责接收外部数据。波特率发生器用于产生串口通信所需的时钟信号，控制寄存器用于控制串口通信的各种参数。

4.2.1 串口通信指令

单片机串口通信指令主要包括：

发送指令： 用于将数据发送出去，如、等。
接收指令： 用于接收外部数据，如、等。
控制指令： 用于控制串口通信的各种参数，如、等。

4.2.2 串口通信程序示例

以下是一个单片机串口通信程序示例：

代码逻辑分析：

设置波特率为 9600bps。
发送数据 ‘A’。
等待数据发送完成。
接收数据。
处理接收到的数据。

5.1.1 中断的概念和类型

中断是单片机系统中的一种特殊事件，当中断发生时，单片机将暂停当前正在执行的程序，转而去执行中断服务程序。中断可以分为两类：

外部中断： 由外部设备或信号触发，例如按键按下、串口接收数据等。
内部中断： 由单片机内部事件触发，例如定时器溢出、ADC转换完成等。

5.1.2 单片机中断处理机制

单片机中断处理机制主要包括以下几个步骤：

中断请求： 当中断事件发生时，会产生一个中断请求信号。
中断响应： 单片机检测到中断请求信号后，会暂停当前正在执行的程序。
保存现场： 单片机将当前程序计数器（PC）和程序状态字（PSW）压入堆栈，以便在中断处理完成后恢复执行。
跳转到中断服务程序： 单片机根据中断请求信号的来源，跳转到对应的中断服务程序。
执行中断服务程序： 中断服务程序处理中断事件，例如读取外部设备数据、处理定时器溢出等。
恢复现场： 中断服务程序执行完成后，单片机从堆栈中弹出PC和PSW，恢复执行中断前的程序。

5.1.3 中断编程示例

以下是一个按键中断的编程示例：

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5.2.1 6264存储器的结构和功能

6264是一种8位并行访问的静态RAM芯片，具有以下特点：

容量：8Kb（1024x8）
组织方式：1024个8位字
访问时间：150ns
电源电压：5V

5.2.2 6264存储器编程

以下是一个使用6264存储器的编程示例：

5.2.1 8255芯片的结构和功能

8255是一种可编程并行接口芯片，具有以下特点：

3个8位I/O端口：A、B、C
2个控制字寄存器：CR0、CR1
1个状态字寄存器：SR

5.2.2 8255芯片编程

以下是一个使用8255芯片的编程示例：

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6.1.1 按键控制的基本原理

按键控制是单片机应用中常见的一种输入方式，通过按键的按下和释放来控制单片机的操作。按键控制的基本原理是：当按键按下时，按键的两个触点导通，此时单片机检测到按键按下，并执行相应的程序；当按键释放时，按键的两个触点断开，单片机检测到按键释放，并执行相应的程序。

6.1.2 单片机按键控制程序设计

单片机按键控制程序设计主要包括以下步骤：

按键初始化： 配置按键引脚为输入模式，并设置上拉电阻或下拉电阻。
按键扫描： 定期检测按键的状态，判断按键是否按下或释放。
按键消抖： 由于按键在按下和释放时可能会产生抖动，需要进行按键消抖处理，以消除抖动带来的误判。
按键处理： 根据按键的状态，执行相应的程序，如控制LED灯的亮灭、显示器显示内容等。

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